KR100644506B1 - 내연 기관용 점화 시기 제어 장치 - Google Patents

내연 기관용 점화 시기 제어 장치 Download PDF

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미츠비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

과제
엔진 회전 전역에서 노킹 센서의 고장 검출을 정확하게 행하는 내연 기관용 점화 시기 장치를 얻는다.
해결 수단
기관 본체의 진동을 검출하여 노킹 신호를 취출하고, 노킹 신호에 의해 점화 시기 제어 신호를 발생하는 내연 기관용 점화 시기 제어 장치에 있어서, 노킹 센서(1)와, 해당 노킹 센서의 고장 검출을 실행하는 고장 검출 실행 신호를 출력하고, 이 고장 검출 실행 신호에 응하여 노킹 센서(1)에 펄스 전압을 인가시키는 마이크로컴퓨터(2)와, 노킹 센서(1)에의 충전 또는 방전 전압을 다른 2개 임계치와 비교하여 L 또는 H레벨로 변환하는 비교 수단(5 및 6)과, 비교 수단(5, 6)의 출력의 논리합을 취하는 논리 수단(NOR 회로)(7)을 구비하고, 마이크로컴퓨터(2)는, 고장 검출 기간에 있어서의 논리 수단(7)의 출력에 관해 L 또는 H레벨 기간의 총합을 구하고, 구한 기간의 총합에 의해 노킹 센서(1)의 고장 판정을 행한다.
내연 기관, 점화

Description

내연 기관용 점화 시기 제어 장치{DEVICE FOR CONTROLLING THE IGNITION TIMING FOR INTERNALCOMBUSTION ENGINES}
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 내연 기관용 점화 시기 제어 장치의 회로도.
도 2는 실시의 형태 1의 내연 기관용 점화 시기 제어 장치의 저회전 영역에서의 단선 고장 판정을 설명하는 타임 차트.
도 3은 실시의 형태 1의 내연 기관용 점화 시기 제어 장치의 다른 고장 판정을 설명하는 타임 차트.
도 4는 실시의 형태 1의 내연 기관용 점화 시기 제어 장치의 고회전 영역에서의 단선 고장 판정을 설명하는 타임 차트.
♠도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명♠
1 : 노킹 센서 2 : 마이크로컴퓨터
3 : 밴드패스 필터 4 : 스위치
5 : 비교기 6 : 비교기
7 : 논리합 회로(NOR 회로)
기술 분야
본 발명은 내연 기관용 점화 시기 제어 장치에 관한 것이다.
배경 기술
내연 기관의 노킹을 검출하고, 노킹 신호에 의해 내연 기관의 점화 시기를 제어하는 장치가 널리 알려져 있다. 노킹의 검출은 통상 노킹 센서를 이용하여 행하여지지만, 노킹 센서에 단선 등의 고장이 생긴 경우, 노킹 검출을 할 수 없게 되고, 내연 기관의 점화 시기 제어가 작동하지 않는 결과, 내연 기관을 손상시키는 일이 있다. 이 때문에, 노킹 센서의 고장을 검출하는 것이 극히 중요해진다.
특허 문헌 1에 노킹 센서의 고장을 검출하는 내연 기관용 점화 시기 제어 장치가 개시되어 있다. 이 장치는, 압전 소자를 사용한 노킹 검출기의 단선 고장 검출을 정밀도 좋게 행하는 것을 목적으로 한 것으로, 점화 시기 제어 장치로부터 노킹 검출기에 전압을 가하고, 그 전압이 가하여진 때, 또는 컷트된 때의 충전 전압 또는 방전 전압의 변화를 측정하여 고장 검출을 행하는 것이다. 이것은, 노킹 검출기가 용량을 갖기 때문에, 정상시와 단선 고장시의 용량에 큰 차가 생기는 점에 착안하고, 노킹 검출기에 일정 전압을 인가한 경우, 일정 시간 후에 있어서의 충전 또는 방전 전압의 값을 측정하고, 그 전압의 대소를 노킹 검출기의 고장 판정에 이용하고 있다.
[특허 문헌 1]
특공평6-92748호 공보
종래의 내연 기관용 점화 시기 제어 장치는, 이상과 같이, 고장 검출을 위해 일정 전압을 인가하고, 일정 시간 후의 전압을 판독하고, 전압의 대소로 정상인지 고장인지의 판정을 하도록 구성되고 있기 때문에, 엔진이 저회전 영역에서는 노킹 검출기의 정상과 고장의 식별이 가능하지만, 고회전 영역에서는 그 식별은 곤란하다. 그것은, 엔진의 고회전 영역에서는, 엔진의 기계 진동이 증대하기 때문에, 고장 검출을 행하기 위한 전압의 파형에 대폭적인 일그러짐이 생기고, 노킹을 판정하는 전압과 기준치와의 대소 비교가 곤란해지고, 정상과 단선의 식별이 되지 않게 되기 때문이다. 그 때문에, 노킹 검출기가 정상임에도 불구하고 단선 고장이라고 오판정하는 등의 문제점이 있다. 따라서, 고회전 영역에서만 노킹 신호의 레벨을 고장 판정에 병용하지 않으면 안되었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로, 엔진의 고회전 영역에서도 정확하게 고장을 판정할 수 있는 내연 기관용 점화 시기 제어 장치를 얻는 것을 목적으로 한다. 또한, 노킹 센서의 단선뿐만 아니라, 노킹 센서가 전원측에 단락하는 이른바 천락(天絡) 또는 그라운드측에 단락하는 이른바 지락(地絡)에 의한 고장도 검출할 수 있는 내연 기관용 점화 시기 제어 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 내연 기관용 점화 시기 제어 장치는, 노킹 현상에 의거한 엔진 본체의 진동을 검출하여 노킹 신호를 취출하고, 상기 노킹 신호에 의해 점화 시 기 제어 신호를 발생하는 내연 기관용 점화 시기 제어 장치에 있어서, 엔진의 노킹을 검출하는 노킹 센서와, 해당 노킹 센서의 고장 검출을 실행하는 고장 검출 실행 신호를 출력하고, 이 고장 검출 실행 신호에 응하여 상기 노킹 센서에 일시적으로 펄스 전압을 인가시키는 마이크로컴퓨터와, 상기 펄스 전압의 인가시에 있어서의 상기 노킹 센서의 충전 또는 방전 특성을 다른 2개의 임계치와 비교하여 L레벨 또는 H레벨의 출력으로 변환하는 비교 수단과, 해당 비교 수단의 출력 레벨의 논리합을 취하는 논리 수단(NOR 회로)을 구비하고, 상기 마이크로컴퓨터는, 상기 고장 검출 기간에 있어서의 상기 논리 수단의 출력의 펄스 폭의 총합을 구하고, 구한 펄스 폭의 총합에 의해 상기 노킹 센서의 고장 판정을 행하도록 한 것이다.
또한, 상기 마이크로컴퓨터는, 상기 비교 수단의 각각의 L레벨 또는 H레벨의 기간의 총합을 구하고, 구한 기간의 총합에 의해 상기 노킹 센서의 고장 판정을 행하도록 한 것이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
실시의 형태 1
본 발명의 실시의 형태 1을 도 1에 도시한다. 도 1에 있어서, 본 발명에 관한 내연 기관용 점화 시기 제어 장치는, 노킹 센서(1)와 마이크로컴퓨터(2)를 구비하고 있다. 노킹 센서(1)는 예를 들면 압전 소자로 이루어지고, 엔진에 생기는 진동 등을 검출하여 전기 신호로서 출력하는 것으로, 전기적으로는, 도시한 바와 같이, 진동 신호(Vi)를 출력하는 신호원과 용량(C0)으로 이루어지는 콘덴서로 등가(等 價)할 수 있다. 마이크로컴퓨터(2)는 노킹 센서(1)로부터의 노킹 신호(VH)를 받아서 점화 시기 제어의 신호를 연산에 의해 구하고, 도시하지 않은 이그나이터로 출력을 내는 기능이나, 후술하는 고장 검출 신호를 받아서 노킹 센서의 고장의 판정 기능이나, 고장 검출이 필요한 때에 고장 검출 실행 신호(VD)를 송출하는 기능을 갖고 있다.
노킹 센서(1)의 출력은 노킹 신호를 추출하는 밴드패스 필터(3)를 통과하여 마이크로컴퓨터(2)에 공급된다. 또한, 노킹 센서(1)의 출력단은, 저항(R1) 및 스위칭 수단인 스위치(4)를 통과하여 전원 전압(VCC)에 접속된다. 스위치(4)는, 마이크로컴퓨터(2)의 고장 검출 실행 신호(VD)에 의해 개폐가 제어된다. 노킹 센서(1)의 출력단은, 전원(Batt)과 그라운드(GND) 사이에 접속된 바이어스 인가용의 저항(R2와 R3)의 분압점에 접속되고, 또한, 비교 수단인 비교기(5 및 6)에 접속되어 있다.
비교기(5)는, 고장 검출 실행시에, 노킹 센서(1)의 출력단에 가하여지는 회로 입력 신호(VA)와 제 1의 임계치(VB)를 비교하여 그 출력 전압인 L레벨 또는 H레벨의 천락 고장 검출 신호(VE)를 마이크로컴퓨터(2)에 공급한다. 여기서 천락이란, 회로가 전원측에 단락하는 것을 가리키고 있다. 비교기(6)는, 노킹 센서(1)의 출력단에 가하여지는 회로 입력 신호(VA)와 제 2의 임계치(VC)를 비교하여 그 출력 전압인 L레벨 또는 H레벨의 지락 고장 검출 신호(VG)를 마이크로컴퓨터(2)에 공급한다. 비교 회로(5와 6)의 출력 신호는 또한 논리 수단인 논리합 회로(NOR 회로)(7)에 입 력되고, 논리합 회로(7)의 출력은 단선 고장 검출 신호(VF)로서 마이크로컴퓨터(2)에 공급된다. 논리합 회로(7)는, 비교기(5 및 6)의 어느 하나가 L레벨의 출력을 내는 때만, 즉 회로 입력 전압(VA)이 제 2의 임계치(VC) 이상이고, 제 1의 임계치(VB) 이하인 때에만 H레벨의 출력을 낸다. 비교기(5 및 6)의 출력측은 각각 저항(R4 및 R5)을 통하여 전원 전압(VCC)에 접속되어 있다.
노킹 신호의 검출 및 그것에 의한 점화 시기 제어의 동작에 관해 설명한다. 우선, 노킹의 검출시, 노킹 센서(1)에는, 스위치(4)가 OFF 상태에 있기 때문에, 전원 전압(VCC)이 저항(R2 및 R3)에서 분압되고, 직류 바이어스 전압으로서 인가되어 있다. 노킹 센서(1)는, 엔진의 노킹에 의거한 기관 본체의 진동을 검출하고, 진동으로부터 변환된 진동 신호(Vi)를 밴드패스 필터(3)가 노킹 신호(VH)로서 추출하여 마이크로컴퓨터(2)에 공급하고, 마이크로컴퓨터(2)에서는 노킹 신호(VH)에 의거하여 점화 시기 조정 신호를 생성한다.
다음에, 고장 검출 동작을 도 2에 의거하여 설명한다. 도 2는 엔진의 저회전 영역에 있어서의 노킹 센서(1)의 정상시(a)와 단선 고장시(b)의 타임 차트를 도시하고 있다. 고장 검출을 행할려고 하는 때는, 마이크로컴퓨터(2)로부터 고장 검출 실행 신호(VD)를 출력한다. 고장 검출 실행 신호(VD)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 고장 검출 기간(TD)의 사이, 스위치(4)를 0N으로 한다. 이 때문에, 노킹 센서(1)에 저항(R1)을 통과하여 전원으로부터 전류가 공급된다. 이로써, 노킹 센서(1)가 정상 인 때(도 2의 (a))에 있어서의 노킹 센서(1)의 단자에 가하여지는 회로 입력 전압(VA)은, 고장 검출 기간(TD)에 있어서, 시정수(Co×(R1//R2//R3))로 상승한다. 이 회로 입력 전압(VA)은 비교 회로(5 및 6)에서 제 1의 임계치(VB) 및 제 2의 임계치(VC)와 비교되고, 그 출력을 논리합 회로(7)에 가한다. 논리합 회로(7)는 2개의 입력이 함께 L레벨인 때에 H레벨로 되고, 그 이외인 때는 L레벨로 된다. 따라서, 논리합 회로(7)의 출력인 단선 고장 검출 신호(VF)는, 회로 입력 전압(VA)의 상승부터 제 2의 임계치(VC)에 달할 때까지는 L레벨, VC와 VB의 사이에서는 H레벨로 된다. 마이크로컴퓨터(2)는 단선 고장 검출 신호(VF)를 감시하고, 그 L레벨의 시간의 총합(tL)을 계산하도록 이루어져 있고, tL이 소정 시간(T0)보다 긴 때에 노킹 센서(1)는 정상이라고 판정한다(도 2의 (a)).
한편, 고장 검출 기간(TD)에 있어서, 노킹 센서(1)에 저항(R1)을 통하여 전원 전압(VCC)으로부터 전류 공급된 때, 노킹 센서(1)가 단선 고장나 있으면, 노킹 센서(1)의 용량(C0)은 오픈으로 되기 때문에, 회로 입력 전압(VA)은 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이 즉석에서 상승한다. 이 때문에, 논리합 회로(7)의 출력인 단선 고장 검출 신호(VF)가 L레벨을 유지하는 시간, 즉 회로 입력 전압(VA)이 제 2의 임계치(VC)에 달하기까지의 시간은 짧다. 마이크로컴퓨터(2)는 회로 입력 전압(VF)이 L레벨인 시간의 총합(tL)을 구하는데, 노킹 센서(1)가 단선 고장인 경우, tL은 극히 짧아진다. tL이 미리 설정한 소정 시간(T0)보다 짧은 경우, 마이크로컴퓨터(2)는 노킹 센서(1)가 단선 고장이라고 판정한다(도 2의 (b)). 상기 도 2의 (a) 및 (2)는, 노킹 센서의 정상 및 고장의 상태를 일람으로 도시한 도 3의 (a) 및 (b)에 상당한다.
다음에, 노킹 센서(1)가 천락 고장 또는 지락 고장을 일으키고 있는 경우의 고장 검출 동작을 도 3에 의해 설명한다. 마이크로컴퓨터(2)는, 논리합 회로(7)의 출력인 단선 고장 검출 신로(VF) 외에, 비교기(5)의 출력(VE)(천락 고장 검출 신호) 및 비교기(6)의 출력(VG)(지락 고장 검출 신호)을 감시하고, 이들 각 신호의 고장 검출 기간(TD)중의 L레벨 시간의 총합을 구하고 있다. 노킹 센서(1)가 전원(Batt)측에 단락하고 있다고 하면, 도 3의 (c)에 도시한 바와 같이, 비교기(5)의 출력 즉 천락 고장 검출 신호(VE)는 H레벨, 비교기(6)의 출력 즉 지락 고장 검출 신호(VG)는 L레벨, 논리합 회로(7)의 출력 즉 단선 고장 검출 신호(VF)는 L레벨을 각각 나타낸다. 따라서, 마이크로컴퓨터(2)가 감시하고 있는 상기 각 신호의 L레벨의 기간(tL)의 총합은, 천락 고장 검출 신호(VE)만이 소정 시간(T0)보다도 짧아지고, 이로써 마이크로컴퓨터(2)는 노킹 센서가 천락에 의한 고장이라고 판정한다.
또한, 노킹 센서(1)가 그라운드(GND)측에 단락하고 있다고 하면, 도 3의 (d) 에 도시한 바와 같이, 비교기(5)의 출력 즉 천락 고장 검출 신호(VE)는 L레벨, 비교기(6)의 출력 즉 지락 고장 검출 신호(VG)는 H레벨, 논리합 회로(7)의 출력 즉 단선 고장 검출 신호(VF)는 L레벨을 각각 나타낸다. 따라서, 마이크로컴퓨터(2)가 감시하고 있는 상기 각 신호의 L레벨의 기간(tL)의 총합은, 지락 고장 검출 신호(VG)만이 소정 시간(T0)보다도 짧아지고, 이로써 마이크로컴퓨터(2)는 노킹 센서가 지락에 의한 고장이라고 판정한다.
이상은 엔진이 저회전이고, 노킹 신호가 일그러짐이 적은 경우에 관해 설명하였지만, 엔진의 고회전에서의 고장 검출을 도 4에 의해 설명한다. 고장 검출 실행시 즉 고장 검출 기간(TD)에 있어서의 입력 회로 전압(VA)의 파형은, 노킹 센서(1)의 용량(C0)과 저항(R1 내지 R3)으로 결정되는 과도 전압에, 노킹 센서(1)의 진동 신호(Vi)가 중첩된 것으로 된다. 노킹 센서(1)는 엔진의 진동 가속도를 검출하는 센서로서, 그 가속도(G)는 엔진 회전수(주파수(f))의 2승에 비례하고, G=kω2=4π2kf2로 주어진다(단, k는 정수, ω는 엔진의 회전 각속도). 진동 신호(Vi)도 Vi=kf2로 되고, 엔진의 고회전 영역에서 노킹 센서(1)가 정상이라면, 입력 회로 전압(VA)은 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이 크게 일그러진다.
고장 검출 실행 신호(VD)가 스위치(2)를 ON으로 한 때, 노킹 센서(1)가 정상 인 때의 회로 입력 전압(VA)은, 저회전 영역의 경우와 마찬가지로, 고장 검출 기간(TD)에 있어서 시정수(Co×(R1//R2//R3))로 상승하지만, 고회전 영역에는 엔진의 기계 진동에 의한 전압 성분이 중첩되고, 도 4의 (a)와 같이 VA의 파형은 대폭적으로 일그러지고, 제 2의 임계치(VC) 또는 제 1의 임계치(VB)를 가로지른다. 그 결과, 논리합 회로(7)의 출력 즉 단선 고장 검출 신호(VF)는, 회로 입력 신호(VA)가 제 1의 임계치(VB)와 제 2의 임계치(VC) 사이의 값인 때만 H레벨로, VA가 제 2의 임계치(VC)보다 작거나, 제 1의 임계치(VB)를 초과한 때는 L레벨으로 되는 반복 펄스의 형태가 된다. 도 4의 (a)에서는, 펄스형상의 단선 고장 검출 신호(VF)의 t1 내지 t5가 L레벨을 유지하고 있는 기간이다. 마이크로컴퓨터(2)는 단선 고장 검출 신호(VF)의 L레벨인 기간의 총합(tL)을 연산하여 구하고, 이것이 소정 시간(T0)보다 긴 때, 노킹 센서(1)가 정상이라고 판정한다. 따라서, 회로 입력 전압(VA)의 최초의 상승 시간(t1)이 파형의 일그러짐의 영향으로 짧더라도, 고장의 판정의 기간(tL)은 (t1+t2＋t3＋t4＋t5)로 되고, 이 tL이 T0보다 긴 때 노킹 센서를 정상이라고 판정한다.
또한, 노킹 센서(1)가 단선 고장시의 회로 입력 전압(VA)은, 상기한 바와 같은 엔진의 기계 진동에 의한 전압 성분이 중첩되는 것은 없기 때문에, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 저회전 영역의 경우와 완전히 동일한 파형 거동을 나타내고, 단선 고장 검출 신호(VF)의 L레벨의 총합의 시간(tL)은 미리 설정한 소정 시간(T0 )보다 작기 때문에, 마이크로컴퓨터(4)는 노킹 센서(1)가 단선 고장이라고 판정한다. 또한, 노킹 센서(1)가 천락 고장 및 지락 고장을 일으키고 있는 때는, 도 3의(c), (d)와 같이 하여 고장이 판정된다.
본 발명의 실시의 형태에 의하면, 노킹 센서(1)의 회로 입력 전압(VA)의 과도 특성을 비교기(5 및 6)에서 펄스로 변환하고, 비교기(5와 6) 및 논리합 회로(7)의 출력의 L레벨 펄스폭 시간의 총합과 소정 시간을 비교하도록 구성하였기 때문에, 엔진의 모든 회전 영역에 있어서, 노킹 센서(1)의 고장 검출(천락, 단선, 지락)이 정확하게 얻어지는 효과가 있다. 또한, A/D 컨버터도 불필요하고, 종래 장치와 같이 고회전 영역에서 노킹 신호에 의한 고장 판정을 병용할 필요도 없고, 따라서 노킹 신호에 의한 판정 매칭도 불필요하게 되는 효과가 있다.
산업상의 이용 가능성
본 발명은, 자동차 등의 내연 기관용의 점화 시기 제어 장치에 이용할 수 있다.
본 발명에 의하면, 노킹 센서에의 충전 또는 방전의 과도(過渡) 특성을 펄스 변환하는 2개의 비교 수단과 하나의 논리 수단의 출력의 L레벨 펄스폭 시간의 총합에 의거하여 고장 판정을 행하도록 구성하였기 때문에, 엔진의 모든 회전 영역에 있어서, 노킹 센서의 단선 고장, 천락 고장, 및 지락 고장이 간단하며 또한 정확하 게 얻어지는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 노킹 현상에 의거한 엔진 본체의 진동을 검출하여 노킹 신호를 취출하고, 상기 노킹 신호에 의해 점화 시기 제어 신호를 발생하는 내연 기관용 점화 시기 제어 장치에 있어서,
    엔진의 노킹을 검출하는 노킹 센서와, 해당 노킹 센서의 고장 검출을 실행하는 고장 검출 실행 신호를 출력하고, 이 고장 검출 실행 신호에 응하여 상기 노킹 센서에 일시적으로 펄스 전압을 인가시키는 마이크로컴퓨터와, 상기 펄스 전압의 인가시에 있어서의 상기 노킹 센서의 충전 또는 방전 특성을 다른 2개의 임계치와 비교하여 L레벨 또는 H레벨의 출력으로 변환하는 비교 수단과, 해당 비교 수단의 출력 레벨의 논리합을 취하는 논리 수단(NOR 회로)을 구비하고, 상기 마이크로컴퓨터는, 상기 고장 검출 기간에 있어서의 상기 논리 수단의 출력의 펄스 폭의 총합을 구하고, 구한 펄스 폭의 총합에 의해 상기 노킹 센서의 고장 판정을 행하도록 한 것을 특징으로 하는 내연 기관용 점화 시기 제어 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 마이크로컴퓨터는, 상기 비교 수단의 각각의 L레벨 또는 H레벨의 기간의 총합을 구하고, 구한 기간의 총합에 의해 상기 노킹 센서의 고장 판정을 행하도록 한 것을 특징으로 하는 내연 기관용 점화 시기 제어 장치.
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